固体激光固体激光器的基质材料是晶体材料或玻璃材料。在晶体或玻璃中均匀地掺入少量离子，如红宝石中的铬离子，钕玻璃中的钕离子。因为真正发光的是激活的离子，所以，用这类材料制作的激光器称为固体离子激光器。发光的激活离子有：稀土元素钕、镝、钬、镨等；过渡金属元素铬、锰、钴、镍等；还有铀等放射性元素。
基质材料有上百种晶体，但真正实用的仅红宝石和钇铝石榴石晶体；有几十种玻璃材料，实用的有硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硼硅玻璃等。
固体激光器具有体积小、坚固可靠、脉冲功率高和应用广泛等优点。
气体激光实验发现，除了固体材料可以作为激光材料外，气体也可以作为工作物质。气体激光器是目前品种最多、应用很广泛的激光器，且气体激光器结构简单、操作方便、造价低廉、稳定性好。
目前应用的有氦氖气体激光器、二氧化碳气体激光器、氩离子激光器和氮分子激光器等。后者输出功率大、效率高，激光波长为10.6微米，在大气中可以传得很远。
不同波长的光波在大气中传播时，被吸收的程度不一样，波长为10.6微米的光波大气吸收小，故称为“大气窗口”，光波很容易通过这个“窗口”而传向天际。
激光装置半导体激光器半导体激光材料有几十种，最成熟的有砷化镓和镓铝砷等。由于半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、效率高和结构简单，所以，在航天器、飞机、军舰、车辆上应用特别适宜。这种激光器工作波长范围宽，而且可以通过外加电场、磁场、温度和压力等改变激光的波长，调谐控制方便。由于半导体激光器制作得小巧玲珑，总功率不高，适合于低功率系统使用。
此外，还有功率巨大的化学激光器、短波准分子激光器和自由电子激光器等。
神秘的金属记忆力
人类有记忆能力，这是天经地义的事，没有什么可怀疑的。如果说金属也有记忆能力，那人们会感到很惊奇。而事实上，确实发现金属也有记忆能力。
1958年，美国海军军械实验室冶金师布勒在研究镍—钛（Ni—Ti）合金时无意中发现，在不同温度下镍—钛合金相碰撞时，发出不同的声音。刚从炉子里取出的合金棒相碰撞发出清脆的声音，而冷却到室温后，则发暗哑迟钝的声音。他敏锐地意识到，温度对合金的组织结构和硬度可能有很大影响，但并未注意到是一种记忆现象。后来在1963年的一次实验中，需要用镍—钛合金丝，因为得到的镍—钛合金丝是弯弯曲曲的，使用起来不方便，所以实验前需把这些合金丝一根根拉直，然后做实验。实验中出现了令人惊异的奇怪现象：实验温度升到一定值时，这些原来拉直的合金丝突然无一例外地全部变成弯弯曲曲的形状。反复多次实验，结果都一样，而且发现无论你把镍—钛合金丝拉得多么直，当温度达到某一定值即称为转变温度时，就会完完全全恢复到原来的弯曲形状。这个实验过程我们可以给出一个有点人情味的描述。当环境温度远离转变温度时。镍—钛合金是没有“知觉”的，可以任凭你折腾它，随意改变它的形状。但是当环境温度一旦达到转变温度时，则镍—钛合金丝即被“唤醒”，恢复知觉，立即有“记忆力”，马上恢复到本来的面目。科学家把这种现象称为形状记忆效应。具有这种效应的合金称为形状记忆合金。镍—钛合金的转变温度为40℃，为了好记也可以称为“记忆温度”或“唤醒温度”。
合金具有奇特的形状记忆能力，从本质上说，是合金内部微观结构固有的变化规律所决定的。固态金属合金中，原子是按一定的规律有序排列的。有的合金随环境温度的变化，内部原子的排列方式也会发生变化。当温度回到原来的数值时，合金内部原子的排列又会恢复到原来的排列方式。
下页图描绘了三种不同材料进行拉伸变形，解除外力和加热等操作后所发生的结果。从中可以看到形状记忆合金与普通金属材料的不同是很明显的，而它与超弹性材料的不同在于超弹性材料是在解除外力后即恢复原状。而记忆合金要由“转变温度”唤醒其记忆力后才恢复原状。
记忆合金、天线记忆过程经过20年来的发展，形状记忆合金从镍—钛合金开始，发展到镍—钛系合金、铜系合金和铁系合金等，形成系列产品。
1969年，美国阿波罗登月舱曾在月亮上安置直径数米的半球形天线。这座天线是用当时研制成功不久的形状记忆合金材料按设计要求制造的，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱送上月宫。当天线在太阳光的照耀下温度升高到记忆温度（转变温度）时，天线的记忆力被“唤醒”，恢复了本来的形状，于是一座半球形天线便屹立于月球上了。现在，数千颗人造卫星正在天外遨游，为了向地球发射有用的信息，往往要安装形状记忆合金天线，成为人类获取天外信息所不可缺少的重要材料。
在医学上，镍—钛合金与生物体有较好的相容性，可以在人体内作为固定折断骨骼的插销，做成接骨板，使断骨紧紧相接；用记忆合金做成极精细的网络，然后降低温度压成细丝，插入血管，由于体温使它恢复了网络形状，所以在血管里起到血栓的过滤器作用；还可用于牙齿矫形弓丝、女性胸罩、人造心脏等。由于形状记忆合金应用于医学，故成为有利于人类康复的好材料。
工程上某些领域如航空、航天、核工业和海底输油管道等，为了保证系统万无一失，管道连接处常采用记忆合金管套，用形状记忆合金加工成内径比要接的管子的外径小4％的套管，然后在低温度下将套管直径扩大8％，再把要连接的两根管子从套管两端插入，当温度升到常温后，有记忆的套管就恢复原形，使管子紧密连接。
形状记忆合金可以作为智能材料应用。例如，利用它在加热和冷却时会产生伸缩力的特点，因而做成驱动机器人手臂的机构，这样就不需要传统的促动器上的齿轮、凸轮等机械机构，而由智能材料（记忆合金）自身的功能来表现。
“善解人意”的智能材料
1992年9月22日，美国阿拉巴马州铁路桥突然崩塌；90年代中期，韩国汉城有一座大型公路桥也出现同样事故……由此使人们担心，世界上的其他桥梁是不是哪一天也会突然崩塌呢？人们的这种担心并非多余，这是因为——桥梁无论是由何种材料建成的，它都有一定的使用年限。但是，所有桥梁的使用年限未必都相同。正如预料人的寿命一样，人们无法精确预测某一座桥的使用年限。如果把还能使用的桥梁毁了去造新的桥，那样做固然保险，但却未免太可惜。假如确信还能使用，说不定某一天却突然损坏，这样就将造成无法挽救的惨祸。因此，无论如何得有一个好办法，以便来检查、确定某座桥是可以使用呢，还是不久就要损坏。
1985年8月，由日本羽田机场飞往大阪的一架大型客机在群马县某山麓坠毁。后经查明，事故原因系由于由飞机后部隔板上裂缝泄漏的空气造成的冲击波把尾翼刮跑所引起的。那么，为什么事先没有发现这个裂缝呢？要是世界上的一些桥梁也存在着没有发现的裂缝而一旦发生崩塌呢？每念至此，不禁令人们不寒而栗。科学技术发展到今天，连这等重要的事都不能应付，着实叫人担心。
如果桥梁或飞机也能发出“疲劳了，似乎马上就要损坏了”的某种信号，人们便可有针对性地进行修理或更换零部件。假如要到发生致命性破坏时才发出信号，那就太晚了。
20世纪90年代初，在美国弗吉尼亚理工学院和弗吉尼亚州立大学挂出了一个“智能材料研究中心”的牌子。科学家们正在研究各种办法，试图使飞机上的关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障，并及时向飞行员发出警报。他们设想的办法是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤，这种纵横交错布满在复合材料中的光纤就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力。这是因为通过测量光纤传输光时的各种变化，就可测出飞机机翼承受的不同压力。在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是就能发出即将出现事故的警告。
这家“智能材料研究中心”的科学家还研究一种能自动减弱某些振动的飞机座舱壁智能材料，以便使飞机能安全、平稳地飞行。他们采用的方法是，利用装在机舱壁内的压电材料，使舱壁振动的方向正好和原来的振动方向相反，这样就等于消除了座舱壁和窗框产生疲劳断裂的根源。
但是，科学家们当务之急是开发出能对桥梁、建筑物和飞机机体等人类生活中造价高昂的物体结构受到的破坏发出早期警报的智能系统。而这些智能系统需要使用不同功能的智能材料。这些智能材料有三种基本类型：
（1）由遇到电和磁场后能够扩大、缩小或弯曲的物质构成的，如陶瓷或薄膜等压电材料。它们受到挤压后会产生电压，或者反过来说，在施加电压时会发生弯曲。这种材料的灵敏度很高，甚至用压电聚合物或凝胶制成的人造肌肉和皮肤已能在试验中“读出”盲文。
（2）压电材料虽然能在千分之几秒内作出反应，但它们的大小、长短变化有限。因此，科学家将压电材料和叫做“形状记忆合金”的第二类智能材料搭配起来使用。这样，它们即使在变形程度达到15％的情况下，也能“记住”先前的外形，通过加热即可恢复。
（3）第三类智能材料包括电或磁的流变体。这种神奇的液体在遇到电流或磁场时会改变它的流动性能。当它处于常态下，可以毫不费力地用勺子搅动；但是当其中有电流穿过时，它会突然间变得像混凝土一样黏稠。利用这种液体的如此奇特性能，可以制造出新型的汽车悬架和传动装置，以及减振系统和可变阻力的健身器械。
当前，科学家们正在研制新的智能材料，并能使它们与有生命的物体一样敏感。他们希望给从墙壁到飞机机翼的所有物体装上用特殊材料制成的眼睛、大脑和肌肉。
智能材料的潜力很大，应用还在不断扩展。例如，可将智能材料用来建造工厂的烟囱，当烟囱排放的烟气超过污染规定时它就改变颜色，从而监视对大气的污染。又如，在修筑冬天结冰的路面时加入智能材料，这种公路一旦结冰，路面就会变色，以提醒司机行车注意。
在未来的新世纪中，智能材料将会大放异彩，创造出人间的奇迹。
有机硅
化学家把石英砂中的硅和有机大分子结合起来，创造出一种“杂交”新材料，人们叫它“有机硅”。它既有无机物的特点，又有有机物的长处，能承担其他材料难以负担的“任务”。
现在，有机硅产品已经有2000种以上，常用的有硅油、硅橡胶、硅树脂等1000多种。
用无色透明的油状液体——硅油，来处理丝绸、棉布和化纤等纺织物，织物就显得爽滑柔软，色泽鲜艳，而且耐磨防蛀。假如用硅油把衣服处理一下，雨水洒在衣服上，就像落在荷叶上一样不透水，却能透气，穿上这种衣服不会感到闷热。用硅油揩擦眼镜、照相机镜头、钟表和灯泡玻璃，能增加透明度，水和脏物却难以沾上，还有防霉作用。硅油可以帮助医生诊断疾病。在胃镜检查时，只要服用5毫升硅油乳剂，胃腔内的泡沫便迅速消失，使胃镜的视野清晰，大大提高检查的准确性。
硅橡胶、硅树脂等，也像硅油一样神通广大。有的病人切除喉头，装了硅橡胶人造喉头，讲话、吃饭和呼吸，都不会有多大影响。所以，现在的人造器官，大部分都是有机硅制造的。
另外，牙膏中用有机硅作添加剂，刷牙时能在牙齿表面形成比较牢固的薄膜，并能保持10小时以上，可以防止牙垢形成和细菌的侵袭。
有机硅材料废弃后，无论烧毁或者埋入地下，都不会污染周围环境，它的前途无限广阔。
高吸水性树脂
世界上吸水本领最大的要数海绵。但现在人们已合成出一种吸水性胜过海绵的高分子材料，称为高吸水性树脂，其吸水量可达自身重量的500—3000倍。
这是一种神奇的白色粉末，每颗高分子树脂微粒，就像一个小小的蓄水池。把它们撒到干旱少雨的沙漠地，能在夜间汲取从地下渗上来的水分。如果预先拌好肥料和水，就能在沙漠地区栽培农作物。用它做尿布，吸水好，又卫生。用来做卫生棉、清洁餐巾，更受人们欢迎。
这种高吸水性树脂没有毒性，它和药物、化妆品混在一起，药物会缓慢地释放出来，延长药效。用它做成水果的包装袋，新鲜水果就能长久保鲜。
高吸水性树脂的吸水本领，在于聚合物中有许多能吸引住水的“基团”，它像一双双能拉住水分子的“手”一样。当整个大分子上的“手”拉住了许许多多的水分子后，一颗白色的粉末，变成了一个“吃饱”水的小水球。
这种神奇的粉末，有的是用淀粉、纤维素天然高分子为骨架，通过接枝共聚的方法制造的；有的是用化学合成方法制造的；还有的是用腈纶废丝综合利用得到的。
